CN107503817B - 用于控制连续可变阀门持续时间的系统及其操作方法 - Google Patents

用于控制连续可变阀门持续时间的系统及其操作方法 Download PDF

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Abstract

公开了连续可变阀门持续时间(CVVD)的控制。一种用于通过对用于控制CVVD的致动器进行控制来控制CVVD的系统包括：电子控制单元(ECU)，其被配置成根据车辆状态和模式来输出用于控制致动器的命令相位角和选择信号；以及致动器控制器，其被配置成基于命令相位角和选择信号而操作，并且输出用于控制致动器的电流。致动器控制器被配置成取决于选择信号的类型而输出与来源于ECU的命令相位角对应的电流或者校正命令相位角并随后输出与校正后的命令相位角对应的电流。

Description

用于控制连续可变阀门持续时间的系统及其操作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年6月14日提交的韩国专利申请No.2016-0073760的优先权及利益，其公开通过引用全文合并于此。
技术领域
本发明涉及连续可变阀门持续时间(CVVD)的控制，更具体地，涉及用于控制CVVD的系统及其操作方法，其中该系统能够确保用于控制CVVD的致动器的稳定控制。
背景技术
通常，内燃机通过在燃烧室中接收并燃烧燃油和空气来产生动力。当空气被吸入时，进气阀由正被驱动的凸轮轴致动，并且在进气阀打开的同时空气被吸入到燃烧室中。同样，排气阀由正被驱动的凸轮轴致动，并且在排气阀打开的同时空气从燃烧室排出。
然而，进气阀或排气阀的最优操作根据引擎的转速而变化。即，适当的提升或阀门打开/关闭正时根据引擎的转速而变化。
为了根据引擎的转速实现适当的阀门操作，已经研究了这样的连续可变阀门提升(CVVL)设备，其被配置成设计多个凸轮以驱动阀门或通过使用取决于引擎旋转次数的不同提升来操作阀门。
已经开发出连续可变阀门定时(CVVT)技术以调整阀门的打开正时。这是其中在阀门持续时间固定时同时改变阀门打开正时和阀门关闭正时的技术。传统的CVVL或CVVT设备具有复杂配置和高成本的问题。
因此，已经研究和开发了这样的连续可变阀门持续时间(CVVD)设备，其可以使用简单配置改变阀门持续时间以提高引擎的燃油效率和性能。
这样的CVVD设备包括用于选择性改变凸轮的旋转中心位置的致动器和用于控制致动器的致动器控制器。致动器控制器根据从电子控制单元(ECU)接收的命令来控制致动器。
当在致动器控制器中发生异常时，不可能保证致动器的正常控制并实现CVVD的准确控制。
发明内容
因此，已经创造出本发明来解决上述问题，并且本发明旨在提供用于控制连续可变阀门持续时间(CVVD)的系统及其操作方法，其中该系统能够确保用于控制CVVD的致动器的稳定控制。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于通过对用于控制CVVD的致动器进行控制来控制CVVD的系统，所述系统包括：电子控制单元(ECU)，其被配置成根据车辆状态和模式来输出用于控制所述致动器的命令相位角和选择信号；以及致动器控制器，其被配置成基于所述命令相位角和所述选择信号而操作，并且输出用于控制所述致动器的电流，其中所述致动器控制器被配置成取决于选择信号的类型而输出与来源于所述ECU的命令相位角对应的电流或者校正所述命令相位角并随后输出与校正后的命令相位角对应的电流。
所述ECU可以包括：命令产生单元，其被配置成根据所述车辆状态输出目标相位角作为所述命令相位角，在正常模式下输出目标相位角选择信号作为所述选择信号，并且在异常模式下输出计算相位角选择信号作为所述选择信号；以及第一比例-积分-微分(PID)控制单元，其被配置成产生计算相位角，并输出所述计算相位角作为所述命令相位角，所述计算相位角是通过基于从所述命令产生单元输出的所述目标相位角与从所述致动器反馈的实际相位角之间的相位偏差来对所述目标相位角进行校正而得到的。
所述命令产生单元可以被配置成在从所述致动器控制器接收到异常发生信号时确定所述异常模式。
所述致动器控制器可以包括：多路复用器，其被配置成根据所提供的选择信号通过不同路径输出接收到的命令相位角；第二PID控制单元，其被配置成产生并输出通过基于所述目标相位角与从所述致动器反馈的实际相位角之间的相位偏差对由所述多路复用器输出的目标相位角进行校正而得到的计算相位角；脉宽调制(PWM)产生单元，其被配置成产生与来源于所述多路复用器的所述命令相位角对应的PWM信号或者与来源于所述第二PID控制单元的所述计算相位角对应的PWM信号；以及驱动器，其被配置成将对应于所述PWM信号的电流输出到所述致动器。
所述多路复用器可以被配置成在所述选择信号为所述目标相位角选择信号时将所述命令相位角提供给所述第二PID控制单元，并且在所述选择信号为所述计算相位角选择信号时将所述命令相位角提供给所述PWM产生单元。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于通过对用于控制CVVD的致动器进行控制来控制CVVD的系统的操作方法，所述操作方法包括步骤：根据车辆状态和模式输出用于控制所述致动器的命令相位角和选择信号；取决于选择信号的类型而产生对应于所述命令相位角的PWM信号或者校正所述命令相位角并随后产生与校正后的命令相位角对应的PWM信号；以及将对应于所产生的PWM信号的电流输出到所述致动器以控制所述CVVD。
所述输出的步骤可以包括：在正常模式下输出目标相位角作为所述命令相位角并输出所述目标相位角选择信号作为所述选择信号；以及在异常模式下输出通过校正所述目标相位角而得到的计算相位角作为所述命令相位角，并输出所述计算相位角选择信号作为所述选择信号。
在所述输出中，可以通过基于所述目标相位角与从所述致动器反馈的实际相位角之间的相位偏差对所述目标相位角进行校正来产生所述计算相位角。
产生PWM信号可以包括：当所述选择信号为所述目标相位角选择信号时，产生与计算相位角对应的PWM信号，所述计算相位角是通过基于所述目标相位角与从所述致动器反馈的实际相位角之间的相位偏差对所述目标相位角进行校正而产生的；并且当所述选择信号为所述计算相位角选择信号时，产生与在所述输出中输出的计算相位角对应的PWM信号。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其他目的、特征和优点对于本领域普通技术人员将变得显而易见，其中：
图1是示出根据本发明的实施例的用于控制连续可变阀门持续时间(CVVD)的系统的配置的示图；
图2是示出图1所示的用于控制CVVD的系统的电子控制单元(ECU)的配置的示图；
图3是示出图1所示的CVVD控制系统的致动器控制器的配置的示图；和
图4是示出根据本发明的实施例的用于控制CVVD的系统的操作序列的流程图。
具体实施方式
现在将参照其中仅示出一些实例实施例的附图更充分地描述各种示例实施例。本文公开的具体结构和功能详情仅是为了描述示例实施例的代表。然而，本发明可以以许多替代形式实施，并且不应被解释为仅限于本文阐述的示例实施例。
因此，尽管本发明的示例实施例能够具有各种修改和替代形式，但在附图中以示例方式示出并且将在本文中详细描述其实施例。然而，应当理解，其并不旨在将本发明的示例实施例限制于所公开的特定形式。相反，示例实施例应当覆盖落入本发明范围内的所有修改、等同物和替代。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些元件不由这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不会脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，该元件可以直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其他词汇应当以类似方式来解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“邻接”与“直接邻接”，等等)。
本文使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，并不旨在限制本发明的示例实施例。如本文所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。还应当理解，术语“包括”、“包括……的”、“包含”、“包含……的”、“具有”和/或“具有……的”在本文中使用时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，而不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有示例实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。还应当理解，术语(例如在通用词典中定义的那些)应当被解释为具有与其在相关技术背景中它们的含义一致的含义，并且不应被解释为理想化或过于正式的意义，除非本文明确如此定义。
还应当注意，在一些替代实施方式中，在特定块中提及的功能/动作可能不以流程图中提及的次序发生。例如，取决于相关的功能性/动作，依次示出的两个块实际上可能基本上同时执行，或者有时可能以相反次序执行。
下文中，将参照附图详细描述根据本发明的实施例的用于控制连续可变阀门持续时间(CVVD)的系统及其操作方法。
图1是示出根据本发明的实施例的用于控制CVVD的系统的配置的示图，图2是示出图1所示的用于控制CVVD的系统的电子控制单元(ECU)的配置的示图，图3是示出图1所示的用于控制CVVD的系统的致动器控制器的配置的示图。
参照图1至图3，根据本发明的实施例的用于控制CVVD的系统(下文中称为“系统100”)可以包括ECU 110、致动器控制器130和致动器150。
系统100被配置成控制连续可变阀门的持续时间，并且可以在系统100的控制下实施用于连续可变阀门(下文中称为“阀门”)的长持续时间或短持续时间。
在这种情况下，系统100被实施为对偶形式以稳定控制致动器150。
ECU 110通过诸如控制器局域网(CAN)通信之类的车辆网络通信方法来与致动器控制器130通信，并且根据诸如引擎的旋转次数、车辆的负载状态之类的车辆状态来对致动器控制器130适当地提供用于控制阀门的命令。
在这种情况下，由ECU 110提供的命令用于相位角，其可以是目标相位角或计算相位角。下文中，目标相位角和计算相位角统称为“命令相位角”。
目标相位角是根据车辆状态预定来控制阀门的相位角，并且计算相位角是基于所计算的目标相位角与实际相位角之间的相位偏差而产生的相位角。实际相位角是从致动器150反馈的控制轴151的当前相位角。
另外，ECU 110将选择信号与命令相位角一起提供给致动器控制器130。
选择信号是用于在接收到命令相位角时确定致动器控制器130的下一操作的控制信号。ECU 110将彼此匹配的命令相位角和选择信号提供给致动器控制器130。
下文中，用于选择目标相位角的选择信号被称为“目标相位角选择信号”，并且用于选择计算相位角的选择信号被称为“计算相位角选择信号”。
例如，ECU 110可以将目标相位角提供给致动器控制器130作为命令相位角，并且将逻辑“0”提供给致动控制器130作为选择信号。
同样，ECU 110可以将计算相位角提供给致动器控制器130作为命令相位角，并且将逻辑“1”提供给致动控制器130作为选择信号。
在这种情况下，ECU 110根据模式可以将目标相位角和目标相位角选择信号提供给致动器控制器130，或者可以将计算相位角和计算相位角选择信号提供给致动器控制器130。
为便于描述，假设ECU在正常模式下将目标相位角和目标相位角选择信号提供给致动器控制器130，并且在异常模式下将计算相位角和计算相位角选择信号提供给致动器控制器130。
为此，如图2所示，ECU 110可以包括命令产生单元111和第一比例-积分-微分(PID)控制单元113。
命令产生单元111根据模式执行不同操作。在当前模式是正常模式时，命令产生单元111输出目标相位角和目标相位角选择信号。随后，输出的目标相位角和目标相位角选择信号被提供给致动器控制器130。
同样，在当前模式是异常模式时，命令产生单元111输出目标相位角和计算相位角选择信号。随后，输出的目标相位角被提供给第一PID控制单元113，并且输出的计算相位角选择信号被提供给致动器控制器130。
在这种情况下，命令产生单元111根据致动器控制器130的状态来确定是在正常模式下操作还是在异常模式下操作。
具体地，命令产生单元111基于致动器控制器130是否发送了异常发生信号来确定模式。当从致动器控制器130接收到异常发生信号时，命令产生单元111在异常模式下操作。
当接收到由命令产生单元111提供的目标相位角时，第一PID控制单元113计算从致动器150反馈的实际相位角与目标相位角之间的相位偏差，并且产生和输出通过基于计算的相位偏差校正目标相位角而得到的计算相位角。
致动器控制器130接收由ECU 110提供的命令相位角和选择信号，并输出对应于命令相位角的电流以控制致动器150。
为此，如图3所示，致动器控制器130可以包括多路复用器131、第二PID控制单元133、脉宽调制(PWM)产生单元135和驱动器137。
多路复用器131能够选择多个输出中的一个。根据本发明，多路复用器131被配置成选择第二PID控制单元133和PWM产生单元135中的一个。
即，多路复用器131接收从ECU 110提供的命令相位角和选择信号，并根据选择信号将命令相位角提供给第二PID控制单元133或PWM产生单元135。
在这种情况下，当选择信号是目标相位角选择信号时，多路复用器131将命令相位角提供给第二PID控制单元133。同样，当选择信号是计算相位角选择信号时，多路复用器131将命令相位角提供给PWM产生单元135。
因此，多路复用器131将目标相位角提供给第一PID控制单元133，并将计算相位角提供给PWM产生单元135。
当由多路复用器131提供的目标相位角被接收到时，第二PID控制单元计算从致动器150反馈的实际相位角与目标相位角之间的相位偏差，并且产生和输出通过基于计算的相位偏差校对目标相位角而得到的计算相位角。
PWM产生单元135产生对应于所提供的计算相位角的PWM信号，并将所产生的PWM信号提供给驱动器137。驱动器137将与PWM产生单元135提供的PWM信号对应的电流输出到致动器150。
与根据输入的计算相位角产生PWM信号和输出对应于所产生的PWM信号的电流有关的细节对于本领域技术人员而言是公知的，因此将省略其详细描述。
此外，当通过自检检测到异常的发生时，根据本发明的致动器控制器130将异常发生信号提供给ECU 110。
在这种情况下，致动器控制器130的自检可以由致动器控制器130的上述部件中的一个(具体地，第二PID控制单元133)来执行，并且还可以由其他部件执行。
例如，第二PID控制单元133可以接收其自身输出值的反馈值，确定输出值是否与反馈值相同，并在输出值与反馈值不相同时确定已发生异常。然而，致动器控制器130的自检方法不限于此。
致动器150基于由致动器控制器130输出的电流来操作，以控制连续可变阀门的持续时间。
在这种情况下，在致动器150中设置了与凸轮轴(未示出)协作的控制轴151，致动器150通过控制控制轴151的相位角来控制连续可变阀门的持续时间。
此外，在致动器150中设置了用于检测控制轴151的相位角的相位角检测单元153，相位角检测单元153检测控制轴151的相位角，并将检测的相位角提供给ECU 110和致动器控制器130。
上面已经描述了根据本发明的实施例的用于控制CVVD的系统的配置。下面将参照附图详细描述根据本发明的实施例的用于控制CVVD的系统的操作。
图4是示出根据本发明的实施例的用于控制CVVD的系统的操作序列的流程图。
首先，当系统100被操作时，ECU 110根据车辆状态和模式将命令相位角和选择信号输出到致动器控制器130。
具体地，在S400中，ECU 110确定车辆状态和模式(S401)。
当模式为正常模式时，ECU 110输出目标相位角作为命令相位角并输出目标相位角选择信号作为选择信号(S402)。
此外，当模式为异常模式时，ECU 110产生通过基于目标相位角与从致动器150反馈的实际相位角之间的相位偏差对目标相位角进行校正而得到的计算相位角，输出计算相位角作为命令相位角，并输出计算相位角选择信号作为选择信号(S403)。
在这种情况下，在S401中，ECU 110基于是否从致动器控制器130接收到异常发生信号来确定当前模式是正常模式还是异常模式。
即，ECU 110在致动器控制器130发送异常发生信号时确定当前模式是异常模式，并在致动器控制器130未发送异常发生信号时确定当前模式是正常模式。
在S400中输出的命令相位角(目标相位角或计算相位角)和选择信号(目标相位角选择信号或计算相位角选择信号)被提供给致动器控制器130，并且致动器控制器130基于目标相位角和选择信号产生PWM信号(S410)。
具体地，在步骤S410中，当目标相位角和目标相位角选择信号被接收到时，致动器控制器130计算目标相位角与从致动器150反馈的实际相位角之间的相位偏差，产生通过基于所计算的相位偏差校正目标相位角而得到的计算相位角，并且产生对应于所产生的计算相位角的PWM信号(S411)。
此外，在S410中，当计算相位角和计算相位角选择信号被接收到时，致动器控制器130产生对应于所接收的计算相位角的PWM信号(S412)。
在S410之后，致动器控制器130将对应于所产生的PWM信号的电流输出到致动器150以控制CVVD(S420)。
按照根据本发明的实施例的系统的配置，ECU和致动器控制器均可以对控制CVVD的致动器进行控制。因此，可以确保致动器的稳定控制，这是因为ECU可以在致动器控制器中发生异常时控制致动器。
尽管上述本发明的实施例的所有部件可以结合为一个部件或者结合起来操作，本发明也不限于所述实施例。换句话说，所有部件可以在本发明的范围之内被选择性地结合为一个或多个部件以进行操作。此外，可以利用一个独立的硬件装置来实施每个部件，但是部件中的一些或全部可以被选择性地结合并实施为计算机程序，该计算机程序具有用于执行结合在一个或多个硬件装置中的一些或所有功能的程序模块。另外，这样的计算机程序可以被存储在诸如通用串行总线(USB)存储器、光盘(CD)、闪速存储器等的计算机可读记录介质中。可以通过读取并执行计算机程序来实施本发明的实施例。计算机可读记录介质的示例可以包括磁性记录介质、光学记录介质、载波介质等。
已经参照示例实施例描述了根据本发明的用于控制CVVD的系统及其操作方法。然而，本发明不限于示例实施例，并且对于本领域技术人员显而易见的是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下在其中做出各种替代、修改和变化。
因此，本发明的实施例和附图应当被视为描述性的而不是对本发明的限制，并且不限制本发明的范围。本发明的范围应当由所附权利要求解释，并且其等同物的范围之内的所有技术思想应当视为包括在本发明的范围中。

Claims (9)

1.一种用于通过对用于控制连续可变阀门持续时间CVVD的致动器进行控制来控制所述CVVD的系统，所述系统包括：
电子控制单元ECU，其被配置成根据车辆状态和模式来输出用于控制所述致动器的命令相位角和选择信号；以及
致动器控制器，其被配置成基于所述命令相位角和所述选择信号而操作，并且输出用于控制所述致动器的电流，其中
所述致动器控制器被配置成取决于选择信号的类型而输出与来源于所述ECU的命令相位角对应的电流或者校正所述命令相位角并随后输出与校正后的命令相位角对应的电流。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述ECU包括：
命令产生单元，其被配置成根据所述车辆状态输出目标相位角作为所述命令相位角，在正常模式下输出目标相位角选择信号作为所述选择信号，并且在异常模式下输出计算相位角选择信号作为所述选择信号；以及
第一比例-积分-微分PID控制单元，其被配置成产生计算相位角，并输出所述计算相位角作为所述命令相位角，所述计算相位角是通过基于从所述命令产生单元输出的所述目标相位角与从所述致动器反馈的实际相位角之间的相位偏差来对所述目标相位角进行校正而得到的。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述命令产生单元被配置成在从所述致动器控制器接收到异常发生信号时确定所述异常模式。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述致动器控制器包括：
多路复用器，其被配置成根据所提供的选择信号通过不同路径输出接收到的命令相位角；
第二PID控制单元，其被配置成产生并输出通过基于所述目标相位角与从所述致动器反馈的实际相位角之间的相位偏差对由所述多路复用器输出的目标相位角进行校正而得到的计算相位角；
脉宽调制PWM产生单元，其被配置成产生与来源于所述多路复用器的所述命令相位角对应的PWM信号或者与来源于所述第二PID控制单元的所述计算相位角对应的PWM信号；以及
驱动器，其被配置成将对应于所述PWM信号的电流输出到所述致动器。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述多路复用器被配置成在所述选择信号为所述目标相位角选择信号时将所述命令相位角提供给所述第二PID控制单元，并且在所述选择信号为所述计算相位角选择信号时将所述命令相位角提供给所述PWM产生单元。
6.一种用于通过对用于控制CVVD的致动器进行控制来控制所述CVVD的系统的操作方法，所述操作方法包括步骤：
根据车辆状态和模式输出用于控制所述致动器的命令相位角和选择信号；
取决于选择信号的类型，产生对应于所述命令相位角的PWM信号，或者校正所述命令相位角并随后产生与校正后的命令相位角对应的PWM信号；以及
将对应于所产生的PWM信号的电流输出到所述致动器以控制所述CVVD。
7.根据权利要求6所述的操作方法，其中，所述输出包括：
在正常模式下输出目标相位角作为所述命令相位角并输出目标相位角选择信号作为所述选择信号；以及
在异常模式下输出通过校正所述目标相位角而得到的计算相位角作为所述命令相位角，并输出计算相位角选择信号作为所述选择信号。
8.根据权利要求7所述的操作方法，其中，在所述输出中，通过基于所述目标相位角与从所述致动器反馈的实际相位角之间的相位偏差对所述目标相位角进行校正，来产生所述计算相位角。
9.根据权利要求7所述的操作方法，其中，产生PWM信号包括：
当所述选择信号为所述目标相位角选择信号时，产生与计算相位角对应的PWM信号，所述计算相位角是通过基于所述目标相位角与从所述致动器反馈的实际相位角之间的相位偏差对所述目标相位角进行校正而产生的；并且
当所述选择信号为所述计算相位角选择信号时，产生与在所述输出中输出的计算相位角对应的PWM信号。
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